Электрические машины

Синхронные машины

План лекции

1 Основные понятия о синхронной машине и принцип ее действия

2 Холостой ход синхронного генератора

3 Реакция якоря синхронной машины

4 Вращающий момент синхронной машины

5 Работа синхронной машины в режиме двигателя

6 Пуск в ход синхронных двигателей

7 Потери энергии и КПД синхронных машин

Основные понятия о синхронной машине и принцип ее действия

Синхронные машины широко применяются как электрические генераторы и двигатель преимущественно большой мощности. Синхронная машина является машиной переменного тока, устройство ее статора принципиально не отличается от устройства статора асинхронной машины. Ротор представляет собой электромагнит, обмотка которого питается постоянным током через два изолированных контактных кольца, укрепленных на валу машины. Постоянный ток подводится к ротору извне через неподвижные щетки, скользящие по контактным кольцам.

Существуют две различные конструкции ротора синхронной машины: явнополюсная и неявнополюсная. На рис. 1,а схематично изображен внешний вид явнополюсного ротора (обмотка ротора не показана).

Рисунок 1

Явнополюсный ротор, имеющий выступающие полюсы, применяется для тихоходных машин со скоростями вращения до 1000 – 1500 об/мин. Для быстроходных мощных машин со скоростями 1500 – 3000 об/мин явнополюсный ротор невыполним из-за сложности крепления полюсов при больших центробежных силах. Поэтому для быстроходных машин применяется неявнополюсный ротор, имеющий вид цилиндра без выступающих полюсов (рис. 1,б).

Синхронные машины, применяемый в качестве генераторов, обычно соединяются с первичными двигателями непосредственно, без промежуточных редукторов. Первичными двигателями для мощных синхронных генераторов служат гидротурбины, паровые и газовые турбины и реже – двигатели внутреннего сгорания. Гидротурбины имеют малую скорость вращения (десятки оборотов в минуту), а паровые турбины – большую скорость (1500 – 3000 об/мин). Генераторы, соединяемые с гидротурбинами (гидрогенераторы) имеют малую скорость вращения, и их роторы выполняются явнополюсными. Турбогенераторы, соединяемые с паровыми турбинами, являются быстроходными машинами, т их роторы выполняются неявнополюсными. У тихоходных машин для получения нужной частоты переменного тока явнополюсный ротор выполняется с десятками полюсов. Неявнополюсные роторы обычно изготовляются двух- или четырехполюсными.

Для получения большой МДС полюсов при относительно небольшом токе обмотки роторов делаются с большим числом витков. Обмотка статора и ротор имеют одинаковое число полюсов.